Что кроме света может двигаться со скоростью света?
Скорость света, как известно является недостижимым пределом для любых тел обладающих положительной массой. При этом сам свет распространяется со скоростью света равной чуть меньше чем 300 000 км/c. Однако кроме света существуют и другие явления распространяющиеся со скоростью света.
В предыдущем абзаце очень важна оговорка «с положительной массой». Иными словами любой объект с нулевой массой не только может, но и неизбежно будет двигаться со скоростью света. Сам свет состоит из безмассовых частиц — фотонов.
Другое явление не обладающее массой — гравитационное поле, которое вероятно состоит из гипотетических частиц — гравитонов . Точно также как свет (который по сути является волнами в электромагнитном поле определенной частоты), гравитационное взаимодействие (распространение волн в гравитационном поле) также распространяется со скоростью света.
Долгое время считалось, что нейтрино также движутся со скоростью света, однако как относительно недавно было установлено нейтрино все же обладают массой и движутся со скоростью хоть и близкой к скорости света, но все же меньшей.
То что, гравитационные волны распространяются со скоростью света было предсказано в результате расчетов и подтверждено в результате наблюдений. Так в августе прошлого года гравитационные волны испущенные в результате события GW170817 достигли Земли одномоментно с электромагнитным излучением. Учитывая, что до источника гравитационных волн было примерно 130 миллионов световых лет можно сделать вывод о том, что нет никакой практической разницы между скоростью распространения гравитационных волн и света.
Отдельно стоит отметить, что речь идет о скорости света, как о физической константе, а не о фактической скорости распространения света, которая в зависимости от условий может быть меньше скорости света в вакууме. Так скорость света в воде примерно на 25 процентов меньше, чем скорость света в вакууме. Некоторые высокоэнергетичные частицы могут двигаться быстрее фотонов в таких условиях.
Ставьте палец вверх если хотите видеть в своей ленте больше статей о космосе!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.
Источник
Возможно ли сверхсветовое движение?
Этот вопрос является одним из рекордсменов по частоте задаваемости. Давайте разбираться вместе. Может ли что-то двигаться быстрее света? И почему свет является абсолютной скоростью?
Скорость света — это скорость передачи взаимодействия, она является фундаментальным свойством вселенной наравне с законами физики, она просто есть, без причины. Если бы скорость света была другой весьма вероятно нас с вами просто не существовало бы.
Эйнштейн вывел абсолютность скорости света из уравнений Максвелла для электромагнитного поля. В результате их решения скорость света оказалась независимой от физических величин и систем отсчёта. О превышении скорости света есть много теорий, но ни одна из них в данный момент не имеет экспериментальных подтверждений. Я приведу основные:
Тахионы
Теория относительности не исключает возможность существования частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью. Однако такие частицы должны не взаимодействовать с остальными частицами. Такие частицы условно называют тахионами, однако, они пока не были обнаружены на практике и научное сообщество очень сильно сомневается в их существовании.
Одна из причин, которые заставляют учёных сомневаться в существовании тахионов заключается в том, что тахионы если тахионы существуют то с их помощью можно было бы отправить сообщение в прошлое, что привело бы к нарушению принципа причинности.
Интересный мысленный пример приводит американский физик Ричард Мюллер в свой книге «Сейчас: Физика Времени». Мюллер описывает гипотетический пистолет стреляющий тахионными пулями. Человек выстреливший тахионной пулей в другого в суде мог бы отстаивать свою невиновность на основании того, что тахионная пуля попала бы в жертву раньше, чем стрелок нажал бы на спусковой крючок.
Редукция волновой функции частиц
C 2006 года показано, что в эффекте квантовой телепортации кажущееся взаимовлияние частиц распространяется быстрее скорости света. В 2008 г. исследовательская группа доктора Николаса Гизена, исследуя разнесённые на 18 км запутанные фотонные состояния, показала, что это кажущееся «взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света».
Источник
Галактики, двигающиеся со скоростью света
Время нужно только для того, чтобы всё не происходило одновременно.
— Альберт Эйнштейн
Нам известно количество галактик в нашей расширяющейся Вселенной (не менее 100 миллиардов), но не менее интересный вопрос – с какими скоростями они могут двигаться. Ведь поскольку Вселенная расширяется, то чем дальше от нас галактика, тем больше её скорость убегания.
Более того, поскольку расширение тоже ускоряется, галактики с течением времени улетают от нас всё быстрее. Значит, неудивительно, что свет убегающих галактик сдвигается в красную часть спектра.
И в этом нет ничего странного. Если объект двигается в вашу сторону и испускает свет, его волна сжимается и свет кажется более синим. Если объект двигается от вас, длина волны увеличивается и свет кажется более красным. И чем быстрее двигается источник света, тем сильнее сдвиг длины волн.
Но задумайтесь – если объект двигается от вас всё быстрее и быстрее, не увидим ли мы в какой-то момент объектов, приближающихся к скорости света?
Как известно, при приближении к скорости света происходит много всего: и вот два самых контринтуитивных явления, относящихся к специальной теории относительности.
Если вы покоитесь, а объект движется относительно вас со скоростью, существенной по сравнению со световой, вы заметите два очень странных эффекта: его длина будет сокращаться в направлении его движения, а время – замедляться. И, конечно же, вас сразу заинтересует вопрос – наблюдаются ли эти эффекты у удалённых галактик!
Сокращение длины измерить невозможно, поскольку мы можем мерить длины только в направлении, перпендикулярном линии взгляда, а расширение происходит параллельно ей. А что насчёт замедления времени? Есть оно или нет? Давайте подумаем, чего мы можем ожидать на основании предсказаний теории.
Изучаемая галактика не двигается с релятивистскими скоростями относительно объектов, находящихся в её локальном пространстве-времени. Происходит расширение пространства между нами и удалённой галактикой. Именно это расширение увеличивает длины волн фотонов, что и заставляет свет выглядеть краснее.
Но когда свет был испущен, время от пика до пика каждой волны было гораздо меньше, чем время, которое вы сможете наблюдать, когда эти пики дойдут до вас. Так что хотя наблюдаемая галактика физически не движется с релятивистской скоростью, замедление времени вы должны увидеть. Так можете ли вы это сделать? Что вы будете искать?
К примеру, известно, что спиральные галактики вращаются. Вы можете спросить, возможно ли увидеть замедление их вращения. К сожалению, в прошлом связь между яркостью галактики и её скоростью вращения в прошлом была не такой, как сейчас, поскольку спиральные галактики эволюционируют со временем.
Вы можете решить заняться наблюдением за квазарами, поскольку это очень яркие объекты, которые хорошо видно на больших расстояниях. Однако окружение, в котором они находятся, и источники переменных характеристик (например, гравитационное микролинзирование), отличаются у удалённых и у более близких к нам квазаров.
Ещё один кандидат – гамма-всплески, их можно увидеть на больших расстояниях. Но нам бы подошёл очень хорошо изученный класс объектов с неменяющимися во времени свойствами, которые можно наблюдать при сильном красном смещении. Если мы сможем измерить замедление времени у них, это будет финальная проверка теории!
Сверхновая типа Ia! У этих объектов очень хорошо изучена временная шкала, согласно которой они становятся ярче, затухают и исчезают.
Так что, если мы обнаружим удалённую сверхновую с сильным красным смещением, её световая кривая должна быть вытянутой по шкале времени. Что же происходит в реальности? Есть ли такие сверхновые?
Хотите – верьте, хотите – нет, но таких нашлось полно! Первая – сверхновая, удаляющаяся от нас со скоростью почти в 50% от скорости света – появилась в 1996 году! Затем ещё одна, и ещё, и сегодня у нас их целая толпа, и мы однозначно видим замедление времени у этих далёких галактик!
Красная линия – предсказание без замедления, синяя – с замедлением. Так что это на самом деле происходит!
Что удивительно, так это при наличии в такой галактике наблюдателя с очень мощным телескопом, способным увидеть нас, уже мы для него покажемся замедленными, в то время как они будут двигаться с нормальной для них скоростью!
Так что, наблюдая за очень удалёнными объектами, вы не только видите их в прошлом, отдалённом на миллиарды лет, вы видите их в замедленном движении! И пока вы размышляете об этом, знайте, что некто в миллиардах световых лет от нас может видеть, как вы размышляете об этом гораздо дольше!
Читают сейчас
Редакторский дайджест
Присылаем лучшие статьи раз в месяц
Скоро на этот адрес придет письмо. Подтвердите подписку, если всё в силе.
Похожие публикации
Сверхновые помогут уточнить историю расширения Вселенной
Проблематика измерения скорости света
WSJ: Высокочастотные трейдеры внедряют полое оптоволокно, чтобы приблизиться к скорости света при передаче данных
Курсы
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут
Минуточку внимания
Комментарии 20
Не могу ничего возразить по сути, но внутри такое чувство, что меня в чем-то обманывают.
Ну не могут два зрителя одновременно быть замедленными друг относительно друга.
Вот вам ещё один, если вдуматься, столь же контринтуитивный пример. Ваш друг Вася стоит в ста метрах от вас. Вам он кажется на таком расстоянии уменьшенным. Но, внезапно, и вы ему тоже кажетесь уменьшенным в той же степени!
Оговорюсь — это очень грубая аналогия, математика тут совершенно другая, и, пожалуйста, не делайте из этого примера далеко идущих выводов. Это просто пример того, как два зрителя могут наблюдать одно и то же явление относительно друг друга.
Ну, тут можно спорить, что в СТО я именно „вижу“ своей оптикой Васю уменьшенным в своей СО, а он в его собственной СО никак не изменился. И что уменьшенное изображение в первом случае — тоже в некоторых смыслах полностью реальное искажение, например, световой поток от васиного фонарика, долетающий до вас будет меньше.
Но я сразу и сказал, что аналогия очень грубая.
Если вам так важна теоретическая точность, я мог бы обсудить значимость „чисто оптических“ искажений и корректность фразы „переместиться в соседнюю точку, оставаясь в своей СО, и провести любые измерения“.
Но я лишь опять отмечу, что мой исходный комментарий содержал все возможные оговорки по поводу моей аналогии.
> корректность фразы „переместиться в соседнюю точку, оставаясь в своей СО, и провести любые измерения“
Ну представьте, что вы телепортировались без изменения импульса, а еще лучше — представьте, что вы изначально находитесь возле Васи.
Просто ваша аналогия создает впечатление, что эффекты искажения в СТО чисто иллюзорные, что движущийся объект только воспринимается нами как искаженный, а на самом деле не искажается. Но он не воспринимается таким, он именно что абсолютно реально искажается в нашей СО.
Вы точно СТО знаете?
Как попасть в соседнюю точку — как раз не проблема. Например, дождаться, когда Вася мимо пролетит.
Ключевой вопрос, естественно, в проведении измерений. Что линейных размеров, что замедления времени, что относительной скорости. Всё это невозможно проделать в одной точке пространства-времени.
А уменьшение предметов с растоянием — это не абсолютно реальный эффект?
Естественно, под уменьшением я имею в виду уменьшение угловых размеров, а вы что подумали?
Мне кажется, что-то здесь не так.
А именно: сейчас с досветовой скоростью расширяется только часть Вселенной, ограниченная расстоянием с/H0, называемым радиусом Хаббла. Это лишь часть наблюдаемой Вселенной, которая втрое больше, и на границах которой скорость расширения Вселенной сейчас превышает световую тоже втрое. (На приведённом графике (5-ая картинка) сверхсветовая скорость тоже присутствует).
Но если в формулу специальной теории относительности t = t0 * квадратный корень (1 — v 2 /c 2 ) подставить сверхсветовую скорость, то получится мнимое значение.
Тем более, в космологии нельзя пренебречь общей теорией относительности, и только специальной не обойтись.
Значит, этот эффект замедления должен иметь какую-то другую причину… (Я бы предположил следующее: представьте источник, излучающий к нам 1 фотон в секунду. Если источник покоится, то мы будем получать тоже 1 фотон в секунду. Если же он удаляется, то — с меньшей частотой из-за постоянно растущего расстояния. Фактически, мы будем наблюдать замедление процессов в источнике. К тому же, на приведённом графике замедление зависит от красного смещения линейно).
Но если в формулу специальной теории относительности t = t0 квадратный корень (1 — v2/c2) подставить сверхсветовую скорость, то получится мнимое значение.*
А вот не надо её туда подставлять, не понимая границ применимости теории.
СТО справедлива для стационарного плоского пространства-времени, в космологически локальных масштабах, а не для расширяющейся вселенной.
Мой косяк. Когда я читал эту статью в декабре 2016 года, мне почему-то показалось, что автор считает, будто наблюдаемое замедление времени в галактиках происходит благодаря эффекту специальной теории относительности.
Сейчас я её перечитал и вижу, что это не так. Про замедление времени в специальной теории относительности говорится лишь в начале статьи, но потом сказано:
Изучаемая галактика не двигается с релятивистскими скоростями относительно объектов, находящихся в её локальном пространстве-времени. Происходит расширение пространства между нами и удалённой галактикой. Именно это расширение увеличивает длины волн фотонов, что и заставляет свет выглядеть краснее.
Но когда свет был испущен, время от пика до пика каждой волны было гораздо меньше, чем время, которое вы сможете наблюдать, когда эти пики дойдут до вас. Так что хотя наблюдаемая галактика физически не движется с релятивистской скоростью, замедление времени вы должны увидеть.
То есть автор считает причиной наблюдаемого замедления времени не скорость галактики, а расширение пространства. Что и есть правильно.
Вообще, я представляю ситуацию так. В космологии есть две скорости — рецессионная и пекулярная. Рецессионная — это скорость «расширения пространства». Она вычисляется по закону Хаббла v = H(t)*r. Пекулярная — это скорость объекта «относительно пространства». Скорость объекта складывается из его рецессионной и пекулярной скоростей. Для света пекулярная скорость равна c. Для больших объектов вроде галактик пекулярная скорость, как правило, близка к нулю. Так вот, эффекты СТО накладываются именно на пекулярную скорость, но не на рецессионную. В частности, у пекулярной скорости ограничение не более c, рецессионная же скорость может быть сколько угодно больше c (на бесконечном расстоянии она, соответственно, тоже стремится к бесконечности). И, поскольку у галактик пекулярная скорость небольшая, в них почти нет релятивистского замедления времени. Наблюдаемое замедление времени в галактиках имеет другую причину — увеличивается время, которое требуется свету для преодоления расстояния от галактики до нас. И это кажущееся замедление времени (в отличие от реального замедления времени в СТО). Кстати, красное смещение — это, фактически, тот же самый эффект. Ведь свет — это электромагнитная волна, то есть периодический процесс, а красное смещение можно рассматривать как замедление этого периодического процесса.
Специалисты по космологии, если не трудно, пожалуйста, проверьте вышесказанное.
Кстати, в формуле, которую я написал, t — это интервал времени, который показывают часы, движущиеся вместе с объектом, а t0 — покоящиеся (то есть «наши»). (Чаще это формула записывается наоборот).
Источник